在众多的氢气生产技术中，水分解是最有前途的制氢方法之一，并且水电解在酸性、碱性和中性电解质中得到了广泛的研究。由于附加的水解离步骤(Volmer步骤)，在碱性和中性介质中阴极析氢反应(HER)的动力学比酸性介质中缓慢。同时，迄今为止，铂基材料仍然是最有效的析氢催化剂。然而，其高成本和低耐久性极大地阻碍了它们的大规模应用。因此，开发低成本、高效率的碱性和中性HER电催化剂显得非常重要。
基于此，安徽大学遇鑫遥和罗其全等以Ni(OH)2为例，提出了一种低温和短时间的H2/Ar等离子体激活与钌单原子(Ru SA)掺杂相结合的策略，以提高Ni(OH)2的HER活性。
结果表明，在等离子体激活过程中，引入了有趣的“一石五鸟”效应，产生了镍纳米颗粒(Ni NPs)锚定的β-Ni(OH)2纳米片阵列(β-Ni(OH)2/Ni NSA)异质结构：1.材料发生了相变，从具有α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2混合相的Ni(OH)2纳米片阵列(表示为m-Ni(OH)2 NSA)转变为β-Ni(OH)2 NSA；2.剥离成超薄纳米薄片以暴露更多的活性位点；3.部分还原成镍纳米粒子以改善电导率；4.产生氧空位(OV)以提高活性；5.带来镍空位(Niv)以为Ru SA提供锚定位点。
因此，Ru SAs沉积后(≈1.17 wt.%)，β-Ni(OH)2/Ni-Ru SAs在碱性溶液中，在10 mA cm−2电流密度下的HER过电位仅为16 mV，Tafel斜率低至21 mV dec−1。此外，β-Ni(OH)2/Ni-Ru SAs在碱性海水和中性溶液中也表现出优异的HER性能。
结构表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，等离子体活化和Ru SAs都能极大地促进水的吸附和解离，Ru SA能有效地锚定和解离水分子，确保快速产生质子，降低产生的中间隙态的反键态密度，提高H的吸附强度，从而提高HER性能。总而言之，本工作为原子尺度下高效层状金属氢氧化物基HER催化剂的设计和制备提供了新的策略。
“One Stone Five Birds”Plasma Activation Strategy Synergistic with Ru Single Atoms Doping Boosting the Hydrogen Evolution Performance of Metal Hydroxide. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202301343
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